סולמות צלזיוס ופרנהייט הם סולמות טמפרטורה שונים. אם טמפרטורת הגוף נמדדת ומבוטאת בצלזיוס ולאחר מכן אנו רוצים לבטא את טמפרטורת הגוף בפרנהייט, אנו ממירים מצלזיוס לפרנהייט. בחלק זה, נלמד כיצד להמיר או לבצע מדידות טמפרטורה.
בלחץ של 1 אטמוספרה, טמפרטורת נקודת הקרח עבור מדחום צלזיוס = 0 oמעלות צלזיוס, בעוד שסולם מדחום פרנהייט = 32 oו. לעומת זאת, בלחץ של 1 אטמוספרה, טמפרטורת נקודת האדים עבור מדחום בסולם צלזיוס = 100 oמעלות צלזיוס, בעוד שסולם מדחום פרנהייט = 212 oו. שימו לב לתמונה למטה!
סוגי קנה מידה למדחום
כדי שניתן יהיה להשתמש במדחום למדידת טמפרטורה, יש להגדיר אותו בסולם. שני סולמות נפוצים של מדחומים הם סולם צלזיוס וסולם פרנהייט. סולם הטמפרטורה הנפוץ ביותר באינדונזיה הוא סולם צלזיוס. שם נוסף לסולם צלזיוס הוא סולם צלזיוס. צלזיוס = מאה צעדים. סולם פרנהייט משמש לעתים קרובות בארצות הברית או במדינות עם חורפים קרים. סולם טמפרטורה חשוב במיוחד במדע הוא הסולם המוחלט, או סולם קלווין. סולם קלווין יידון בהמשך.
סולמות צלזיוס ופרנהייט משתמשים בנקודות הקיפאון והרתיחה של מים כנקודות קבועות. נקודת הקיפאון של חומר היא הטמפרטורה שבה הפאזות המוצקות והנוזליות נמצאות בשיווי משקל תרמי . לעומת זאת, נקודת הרתיחה של חומר היא הטמפרטורה שבה הפאזות הנוזליות והגזיות נמצאות בשיווי משקל תרמי. נקודות הקיפאון והרתיחה תמיד משתנות עם לחץ האוויר, לכן יש לקבוע תחילה את לחץ האוויר. בדרך כלל אנו משתמשים בלחץ סטנדרטי, שהוא אטמוספרה אחת (אטמוספרה אחת). אטמוספרה היא יחידת מדידה של לחץ אוויר.
כיול מדחום הוא תהליך של יצירת קנה מידה על גבי מדחום. הנה כמה שלבים לכיול מדחום . ראשית , הכינו מדחום כספית או מדחום אלכוהול ללא קנה מידה. שנית , הכינו מספיק קרח. שלישית , הכינו מספיק מים. רביעית , הכינו מחמם מים שניתן להשתמש בו לחימום המים עד לרתיחה. חמישית , שימו קרח ומים במיכל (למים ולקרח יש את אותה מסה). לאחר מכן, הכניסו את המדחום למיכל המכיל את המים והקרח.
מדחום הוא מכשיר שנועד למדידת טמפרטורה . ישנם סוגים רבים של מדחומים, אך כולם פועלים על פי אותו עיקרון. בדרך כלל, אנו משתמשים בחומרים תרמומטריים, תכונות המשתנות עם הטמפרטורה. אם הטמפרטורה של אובייקט משתנה, גם צורתו וגודלו משתנים. רוב המדחומים משתמשים בחומרים שמתרחבים או מתכווצים עם שינויים בטמפרטורה.
חוק אפס של חומר תרמודינמי
עד כה, בחנו רק את שיווי המשקל התרמי שחווים שני עצמים הנמצאים במגע. כדי להבין את מושג שיווי המשקל התרמי בצורה מעמיקה יותר, בואו נבחן שלושה עצמים (נקרא להם עצמים A, עצמים B ועצם C). לדוגמה, עצמים B ו-C אינם נוגעים זה בזה, אך עצמים A נמצא במגע עם עצמים B ועצם A נמצא במגע עם עצמים C. התבוננו בתמונה למטה.
מכיוון שהם נוגעים זה בזה, עצמים A ו-B נמצאים בשיווי משקל תרמי, וכמו כן עצמים A ו-C נמצאים בשיווי משקל תרמי. האם עצמים B ו-C, שאינם נוגעים זה בזה, גם הם נמצאים בשיווי משקל תרמי?
חומר שיווי משקל תרמי
שתיתם פעם תה קר? תה קר מיוצר על ידי ערבוב מי תה חמים וקרח. לאחר ערבוב או מתן מנוחה לכמה שניות או דקות, התערובת של מי התה החמים והקרח הופכת לתה קר קר. למי תה חמים יש טמפרטורה גבוהה יותר, בעוד שלקרח יש טמפרטורה נמוכה יותר. כאשר מערבבים מי תה חמים עם קרח במיכל כמו כוס, חלק מהחום מהמים החמים מועבר לקרח, כך שטמפרטורת התה הקר נמוכה מטמפרטורת המים החמים וגבוהה מטמפרטורת הקרח.
איך זה מרגיש אם אתם לובשים בגדים שחורים ביום חם או כשאתם מתאמנים במהלך היום? השוו זאת לכאשר אתם לובשים בגדים לבנים? אם אתם לובשים בגדים שחורים במהלך היום, תרגישו בקלות חם. למה זה כך? המרחק בין השמש לכדור הארץ בבוקר כמעט זהה למרחק בין השמש לכדור הארץ בצהריים ובערב. אז למה הבוקר והערב קרירים יותר, ואחר הצהריים חמים יותר? התשובה לשאלות אלו קשורה להעברת חום באמצעות קרינה.
אם יושבים על כיסא עץ, פני השטח של כיסא העץ מתחממים. לעומת זאת, אם יושבים על כיסא עשוי מפלסטיק או מתכת, פני השטח של כיסא המתכת או הפלסטיק לא מרגישים חמים לאחר הישיבה עליו. מדוע פני השטח של כיסא עץ חמים, בעוד שפני השטח של כיסא מתכת לא? מדוע שינה על רצפה קרה ללא מזרן יכולה לגרום לכאב? האם אי פעם לבשת מעיל נגד קור? מדוע רוב מעילי הקור עשויים מצמר? עדיין ישנם דברים רבים לחשוב עליהם ולשאול בנוגע לנושא העברת חום באמצעות הולכה.
האם הייתם פעם על חוף הים ביום שמשי? ביום שמשי, תמיד יש רוח שנושבת מהים ליבשה על החוף. מדוע תמיד יש רוח על החוף ומדוע מתרחשת בריזה מהים (רוח הנושבת מהים ליבשה) במהלך היום, ובריזה יבשתית (רוח הנושבת מהיבשה לים) בלילה? מדוע עננים יורדים על מורדות הרים במהלך עונת הגשמים? מדוע הרוח מרגישה קרירה? התשובות לשאלות אלו קשורות לחום הסגולי של היבשה והים, התפשטות, צפיפות ומעבר חום באמצעות הסעה ( מעבר חום ). על ידי הבנה טובה ונכונה של נושא זה, תוכלו לענות על השאלות לעיל ועל שאלות אחרות שעשויות לשאול בהמשך.
ישנם שלושה סוגים של העברת חום או העברת חום , כולל העברת חום באמצעות הולכה, הסעה וקרינה.
העברת חום באמצעות הולכה. כאשר גוף בעל טמפרטורה גבוהה בא במגע עם גוף בעל טמפרטורה נמוכה, אנרגיה נעה מהגוף בעל הטמפרטורה הגבוהה לגוף בעל הטמפרטורה הנמוכה. האנרגיה הנוספת גורמת לאטומים ולמולקולות המרכיבים את הגוף לנוע מהר יותר. כשהן נעות, למולקולות יש אנרגיה קינטית (EK = ½ mv² ) . המולקולות הנעות מהר יותר (עם אנרגיה קינטית גדולה יותר) מתנגשות במולקולות הסמוכות להן. מולקולות אלו מתנגשות לאחר מכן במולקולות אחרות הסמוכות להן. וכן הלאה. כך המולקולות מתנגשות זו בזו, ומעבירות אנרגיה. העברת חום המתרחשת באמצעות התנגשויות בין המולקולות המרכיבות גוף נקראת הולכה. הולכה מתרחשת בדרך כלל במוצקים או ממוצקים לנוזלים (נוזלים למוצקים) או ממוצקים לגזים (גזים למוצקים).